第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件

第一課：擋土設施及支撐之種

類及其工作原理

第二課：擋土支撐之力學行為

及側向變位量與管理

值之關係

講師：簡茂洲第一課：擋土設施及支撐之種

第一課習題講解1.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)、工期、開挖深度等觀點，列表比較全挖工法、支撐開挖工法、地錨開挖工法、島區工法及逆打工法之優劣。

2.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)、工期、開挖深度、止水性等觀點，列表比較兵樁、鋼版樁、排樁、連續壁、擋土柱等工法之優缺點。

(參考講義內容，自行體會瞭解)第一課習題講解1.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)第一課習題講解3.從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其「打設施工階段」及「開挖階段」工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。答：打設兵樁及鋼版樁會因為『震動』造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；開挖階段兵樁會有地下水滲流，土砂流失造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；鋼版樁勁度小，變形大也會造成地盤下陷及鄰房損壞；二者在拔除時常會連帶土砂一起拔出，再次造成地盤下陷及鄰房損壞。總共『三次』損壞鄰房。

第一課習題講解3.從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其「打第一課習題講解4.從預壘排樁的施工特性來看，試列出其「施工階段」及「開挖階段」工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。

答：施工階段，使用『緩凝性』水泥砂漿，固結慢，軟弱土層容易擠壓側移及下陷而損壞鄰房；垂直度及施工品質難以控制，往往底部間隙過大，雖有止水灌漿，仍難免土砂流失造成鄰房損害。第一課習題講解4.從預壘排樁的施工特性來看，試列出其「施工階第一課習題講解5.於地下水位「高」的砂質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？

答：導溝內穩定液通常要高於地下水位3.0m以上，穩定液壓力＞地下水壓力，方足以維持連續壁挖掘土壁的穩定，否則土壁容易坍塌，嚴重影響連續壁施工之安全及品質。解決方法為利用點井，將地下水位適度降低。第一課習題講解5.於地下水位「高」的砂質地盤中施作連續壁，以第一課習題講解6.於地下水位「很低」的砂礫質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？答：地下水位「很低」的砂礫質地盤很容易使穩定液逸失，砂礫質土壁沒有黏滯性，垂直挖掘很深也會坍塌造成危險；解決方法為提高穩定液的濃度，並摻入止逸材料於穩定液中，降低逸失量，並一直補充穩定液，至施工完成為止。第一課習題講解6.於地下水位「很低」的砂礫質地盤中施作連續壁第一課習題講解7.如果您負責施工的工地在台中市區，地質為非常堅硬的卵礫石層，地下水位約在地面下5.0公尺，基地面積約1,000m2，設計上要開挖15.0m，需施作擋土柱18.0m深做為擋土設施，試以您可能想像的任何觀點及角度來看，您認為遭遇到那些困難或困惑的問題？

答：抽水井的深度、數量及打井方法，擋土柱的工班安排，工安維護及施工成本、工期等。第一課習題講解7.如果您負責施工的工地在台中市區，地質為非常第一課習題講解8.在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的「錯誤示範」做法，請問是指什麼？您認為可以如何避免之？

答：「錯誤示範」為在水平推置重物、材料；應明令禁止承包商及工人犯此錯誤。第一課習題講解8.在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的「錯

擋土支撐之力學行為及側向變位量與管理值之關係講師：簡茂洲

擋土支撐之力學行為及側向變位量與管理值之關係講師：簡茂洲擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件圖2主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖圖2主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力§

土壤的專有名詞◎非凝聚性土壤－砂性土層－透水性土壤◎凝聚性土壤－黏土層及粉土層－低透水性土壤

§土壤的專有名詞1.土壓力1.1非凝聚性土壤之土壓力◎非凝聚性土壤，通稱為砂性土層，屬於透水性良好之土壤有效靜止土壓力有效主動土壓力有效被動土壓力

1.土壓力．地質條件越好．有效抗剪角及凝聚力越大．主動土壓力越小．被動土壓力越大．安全性越高．反之，危險性則越高．地質條件越好1.土壓力1.2凝聚性土壤之土壓力◎凝聚性土壤，通稱為黏土性質土層，粉土層也屬於凝聚性土壤靜止土壓力主動土壓力被動土壓力1.土壓力．地質條件越好．不排水剪力強度越大．主動土壓力越小．被動土壓力越大．安全性越高．反之，危險性則越高

．地質條件越好※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力圖3非均質砂土層開挖抽水之地下水滲流及水壓力分佈(摘自王劍虹，1991)圖3非均質砂土層開挖抽水之地下水滲流及水壓力分佈(摘自王劍圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力

3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力３．地面超加載重(1)車輛及施工機具：一般性交通車輛估計1.0tons/m2。施工機具估計2.0tons/m2。(2)施工材料堆置：按實際預定堆置量估計，施工時之堆置量不宜超過設計預估量之80%。(3)鄰房：每層樓(含地下室)以1.0至1.2tons/m2估計，筏基以1.5至2.0tons/m2估計，但可扣除地下室取代之相等體積土重。

３．地面超加載重圖5各種情況之地面超加載重計算公式

(改繪自徐振煌，深開挖工程設計)圖5各種情況之地面超加載重計算公式※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重

4.視土壓力

※擋土支撐的受力圖6視土壓力分佈圖(Peck,1969)視土壓力：概估支撐受力專用之土壓力圖6視土壓力分佈圖(Peck,1969)視土壓力：概估支圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題2.1擋土壁體之變形2.1擋土壁體之變形擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件控制擋土壁體變形的因素：(1)地質條件：土質條件越差，擋土壁體之變形越大，風險越高。(2)開挖深度：開挖深度越深，擋土壁體之變形越大，風險越高。(3)開挖範圍：開挖範圍越大，擋土壁體之變形越大，風險越高。(4)擋土壁體剛度：擋土壁體之剛度越大，擋土壁體之變形越小，風險越小。(5)支撐型式：支撐密度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。支撐勁度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。支撐施加預壓力，可減少擋土壁體之變形。(6)開挖未設置支撐之露空時間：露空時間越長，因基礎土層為塑性體，所以擋土壁體之位移及土層內擠將與日俱增，風險不斷擴大，所以開挖後支撐設置於最短時間內完成，實為最重要之任務。控制擋土壁體變形的因素：2.2開挖面以下擋土壁體之內擠圖9擋土壁體貫入深度不足所發生之危險狀態2.2開挖面以下擋土壁體之內擠圖9擋土壁體貫入深度不足所發圖10原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之擋土壁貫入深度檢核公式圖10原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之擋土壁貫入深度檢2.3開挖面以下土層之隆起

圖11開挖底面土層隆起所發生之危險狀態

2.3開挖面以下土層之隆起圖11開挖底面土層隆起所發生之圖12原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層隆起檢核公式

圖12原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層隆起2.4砂質土層之砂湧

圖13開挖底面土層砂湧所發生之危險狀態

2.4砂質土層之砂湧圖13開挖底面土層砂湧所發生之危險圖14原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層砂湧檢核公式

圖14原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層砂湧2.5受壓水層之上舉

圖15受壓水層上舉所發生之危險狀態2.5受壓水層之上舉圖15受壓水層上舉所發生之危險狀態圖16原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之受壓水層上舉檢核公式

圖16原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之受壓水層上舉檢核2.6開挖工程引起之地盤沉陷(1)工地抽水(2)擋土壁側移及變形2.6開挖工程引起之地盤沉陷(1)工地抽水問題1：開挖抽水的影響範圍有多遠？

問題1：開挖抽水的影響範圍有多遠？圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別抽水影響半徑(1)Sichardt公式： (m)(2)Weber實驗式： (m)(3)Kozeny公式：(m)以上公式R為抽水影響半徑。

s為井內最大水位降低量(m)。

k為土層滲透係數(m/sec)。

H為井內、外最大水頭差(m)。

t為抽水時間(sec)。

C為隨時間而改變之係數，通常。

n為土壤有效孔隙率。

Q為抽水量(m3/sec)。抽水影響半徑表1土壤種類與抽水影響半徑(改寫自林耀煌，1987，高層建築基礎開挖施工法與設計實例)土

壤

種

類滲透係數抽水影響半徑區

分粒

徑

(mm)(m/sec)R(m)粗

礫＞10＞10-2＞1500礫2～1010-2500～1500粗

砂1～210-3～10-2400～500粗

砂0.5～1.010-3～10-2200～400中

砂0.25～0.5010-4～10-3100～200中

砂0.10～0.2510-5～10-450～100細

砂0.05～0.1010-6～10-510～50粉土質細砂0.025～0.0510-7～10-65～10粉土10-8～10-71～5黏土＜10-8＜1表1土壤種類與抽水影響半徑土壤種類滲透係數抽水圖18高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖圖18高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖問題2：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？如何估算？

問題2：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？地盤沉陷量(m)其中為因地下水位降低所增加的土壤有效應力，(t/m2)。地下水位每降低1.0m，增加1.0t/m2。為各壓縮土層之厚度，(m)。為各壓縮土層之彈性模數，(t/m2)。各種不同性質土壤之彈性模數的經驗值歸納如表2。地盤沉陷量(表2不同性質土壤的彈性模數(改寫自Bowles,J.E.,1988)土壤類別(t/m2)一般性砂土50(N＋15)飽和砂土25(N＋15)黏土質砂土32(N＋15)粉土質砂土30(N＋6)緊密或夯壓砂土1800＋75N礫石層含砂土120(N＋6)60(N＋15)，N≦1560(N＋15)＋200)，N＞15正常壓密之靈敏性黏土(250～500)正常壓密之低靈敏性黏土(750～1200)過壓密黏土層註：N為黏土之SPT-N值。

Su為黏土層不排水剪力強度，(t/m2)。

Es(NC)為正常壓密黏土之彈性模數。

OCR為黏土之過壓密比。表2不同性質土壤的彈性模數(改寫自Bowles,J.問題3：如何避免或減少砂土層開挖

抽水的沉陷？(1)儘量使用止水性擋土壁。(2)儘量使擋土壁貫入不透水層。(3)避免使用強制性降水，宜採用漸進式或集水坑降水。(4)儘可能減少開挖深度。問題3：如何避免或減少砂土層開挖

2.低透水性土層(不透水層)的祛水及沉陷粉土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/10，黏土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/100，粉土層及黏土層皆為低透水性土層(俗稱不透水層)，在低透水性土層進行開挖，因抽水井很難將地下水自土層中分離抽除，只能以集水坑讓地下水自然由土層中泌流匯集，再利用抽水泵，標準的集水坑如圖19。2.低透水性土層(不透水層)的祛水及沉陷圖19標準的開挖抽水集水坑圖19標準的開挖抽水集水坑壓密沉陷低透水性土層地下水位雖然不會立即因開挖抽水而下降，但會遲緩的慢慢下降，地下水壓力跟隨慢慢的降低，土壤的有效應力慢慢的增大，地面沉陷量緩緩的增大，這種作用稱為「壓密沉陷」，地下水位下降及水壓力消散的示意圖如圖20。壓密沉陷圖20低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖

圖20低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖

壓密沉陷會拖延多久？經過許多工地的監測，新建大樓完工後，壓密沉陷還在持續發生，以台北盆地的經驗，三年內完成的壓密度大約可達70%至80%，剩下的20%至30%何時終結，還需相當長的時間，數年或十餘年，尚無具體的答案。壓密沉陷會拖延多久？經過許多工地的監測開挖後壓密前的土體有效垂直應力為(t/m2)開挖後壓密完成的土體有效垂直應力為(t/m2)最後的總壓密沉陷量為(m)其中為壓密之再壓指數，為土壤孔隙率。開挖後壓密前的土體有效垂直應力為2.6.2擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷

2.6.2擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第I區為砂土層及軟弱至堅硬程度之黏土層。第II區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層的深度有限。第III區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層相當厚。圖22開挖區附近沉陷量、開挖深度及影響距離關係圖(Peck,1969)

第I區為砂土層及軟弱至堅硬程度之黏土層。圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法

圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法

圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖24沉陷量與主要影響區(PIZ)之關係圖(Ou&Hsieh法)圖24沉陷量與主要影響區(PIZ)之關係圖(Ou&H圖25深開挖工地對四周鄰房之影響程度實例(台灣省土木技師公會，1995)圖25深開挖工地對四周鄰房之影響程度實例(台灣省土木技師公圖26開挖安全監測系統配置示意圖(台北市土木技師公會，實用開挖擋土支撐工程設計手冊，2002)圖26開挖安全監測系統配置示意圖圖26開挖安全監測系統配置示意圖(台北市土木技師公會，實用開挖擋土支撐工程設計手冊，2002)圖26開挖安全監測系統配置示意圖表3開挖安全監測管理值之涵義與處理對策(內政部建築研究所「建築物基礎施工大地監測計畫之作業準則」)管理基準值

第一管理值

第二管理值

第三管理值

(注意值)(警戒值)(行動值)安全性安全安全但需加以注意安全性降低危險概括之涵義1.監測值低於設計值或容許值某百分比(通常定80%)。2.工地變化在預期範圍內。3.監測變化量正常。1.監測值低於設計值或容許值，但超過設定之百分比。2.工地變化在預期範圍內。3.監測變化量正常。1.監測值已超過設計值或容許值。2.設計規範所設定之安全係數或安全因素已開始降低。3.工地變化可能超過設計預期範圍。4.監測變化量可能出現異常現象。1.監測值已接近極限值或臨界值。2.設計規範所設定之安全係數或安全因素已降低至接近1.0的程度。3.工地變化遠超過設計預期的範圍。4.監測變化量出現異常現象。應採取之處理對策正常施工及監測。正常施工及監測，但需注意監測值的變化趨勢。1.謹慎施工。2.加強監測，並注意監測值之變化趨勢是否正常。3.找出監測值變化異常原因，研判安全性，並開始擬定應變措施。1.暫停影響安全的施工項目。2.找出變化異常之原因，並立即採取應變及補救措施。3.密集監測，至監測值穩定正常為止。4.工程危機解除後再恢復正常施工。表3開挖安全監測管理值之涵義與處理對策管理表4擋土壁、支撐系統、地下水位及水壓力之建議管理值(內政部建築研究所「建築物基礎施工大地監測計畫之作業準則」)監測管理項目注意值警戒值行動值傾度管擋土壁側位移0.8倍設計值設計值由鄰房容許沉陷量決定R.C.擋土壁撓曲度(臨時結構)1/4501/3601/240R.C.擋土壁撓曲度(永久結構)1/6001/4501/360鋼筋計擋土壁鋼筋應力(臨時結構)0.8倍容許應力容許應力1.25倍容許應力擋土壁鋼筋應力(永久結構)0.64倍容許應力容許應力1.25倍容許應力支撐應變計支撐軸力0.8倍容許軸力容許軸力1.25倍容許軸力地錨拉力設計拉力1.1倍設計拉力1.2倍設計拉力橫擋應力0.8倍容許應力容許應力1.25倍容許應力水位與水壓計砂性土層之地下水位及水壓(砂湧安全係數)FS=2.0對應之水位及水壓FS=1.5對應之水位及水壓FS=1.2對應之水位及水壓砂性土層之地下水位及水壓(上舉安全係數)FS=1.5對應之水位及水壓FS=1.2對應之水位及水壓FS=1.1對應之水位及水壓表4擋土壁、支撐系統、地下水位及水壓力之建議管理值監測管理圖27建築物結構容許角變量之限度(Bjerrum,1963)(台灣省土木技師公會，鑑定手冊，2010年3月修訂版)圖27建築物結構容許角變量之限度(Bjerrum,196表5一般房屋建築容許最大沉陷量建議值(台北市土木技師公會，實用開挖擋土支撐工程設計手冊，2002)構造土層基礎類別最大沉陷量（公分）磚造砂土單獨基腳2.5黏土單獨基腳5.0RC砂土單獨基腳4.0筏基8.0黏土單獨基腳7.5筏基15.0鋼構砂土單獨基腳5.0筏基10.0黏土單獨基腳10.0筏基20.0表6一般房屋建築容許沉陷量建議值(內政部營建署，建築物基礎構造設計規範，第四章)構造物種類混凝土鋼

筋

混

凝

土基礎型式連續基腳獨立及聯合基腳連續基腳筏式基礎總沉陷量(公分)4.010.020.030.0表5一般房屋建築容許最大沉陷量建議值構造土層基礎類別最大沉第一課：擋土設施及支撐之種

類及其工作原理

第二課：擋土支撐之力學行為

及側向變位量與管理

值之關係

講師：簡茂洲第一課：擋土設施及支撐之種

第一課習題講解1.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)、工期、開挖深度等觀點，列表比較全挖工法、支撐開挖工法、地錨開挖工法、島區工法及逆打工法之優劣。

2.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)、工期、開挖深度、止水性等觀點，列表比較兵樁、鋼版樁、排樁、連續壁、擋土柱等工法之優缺點。

(參考講義內容，自行體會瞭解)第一課習題講解1.試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石層)第一課習題講解3.從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其「打設施工階段」及「開挖階段」工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。答：打設兵樁及鋼版樁會因為『震動』造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；開挖階段兵樁會有地下水滲流，土砂流失造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；鋼版樁勁度小，變形大也會造成地盤下陷及鄰房損壞；二者在拔除時常會連帶土砂一起拔出，再次造成地盤下陷及鄰房損壞。總共『三次』損壞鄰房。

第一課習題講解3.從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其「打第一課習題講解4.從預壘排樁的施工特性來看，試列出其「施工階段」及「開挖階段」工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。

答：施工階段，使用『緩凝性』水泥砂漿，固結慢，軟弱土層容易擠壓側移及下陷而損壞鄰房；垂直度及施工品質難以控制，往往底部間隙過大，雖有止水灌漿，仍難免土砂流失造成鄰房損害。第一課習題講解4.從預壘排樁的施工特性來看，試列出其「施工階第一課習題講解5.於地下水位「高」的砂質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？

答：導溝內穩定液通常要高於地下水位3.0m以上，穩定液壓力＞地下水壓力，方足以維持連續壁挖掘土壁的穩定，否則土壁容易坍塌，嚴重影響連續壁施工之安全及品質。解決方法為利用點井，將地下水位適度降低。第一課習題講解5.於地下水位「高」的砂質地盤中施作連續壁，以第一課習題講解6.於地下水位「很低」的砂礫質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？答：地下水位「很低」的砂礫質地盤很容易使穩定液逸失，砂礫質土壁沒有黏滯性，垂直挖掘很深也會坍塌造成危險；解決方法為提高穩定液的濃度，並摻入止逸材料於穩定液中，降低逸失量，並一直補充穩定液，至施工完成為止。第一課習題講解6.於地下水位「很低」的砂礫質地盤中施作連續壁第一課習題講解7.如果您負責施工的工地在台中市區，地質為非常堅硬的卵礫石層，地下水位約在地面下5.0公尺，基地面積約1,000m2，設計上要開挖15.0m，需施作擋土柱18.0m深做為擋土設施，試以您可能想像的任何觀點及角度來看，您認為遭遇到那些困難或困惑的問題？

答：抽水井的深度、數量及打井方法，擋土柱的工班安排，工安維護及施工成本、工期等。第一課習題講解7.如果您負責施工的工地在台中市區，地質為非常第一課習題講解8.在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的「錯誤示範」做法，請問是指什麼？您認為可以如何避免之？

答：「錯誤示範」為在水平推置重物、材料；應明令禁止承包商及工人犯此錯誤。第一課習題講解8.在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的「錯

擋土支撐之力學行為及側向變位量與管理值之關係講師：簡茂洲

擋土支撐之力學行為及側向變位量與管理值之關係講師：簡茂洲擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件圖2主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖圖2主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力§

土壤的專有名詞◎非凝聚性土壤－砂性土層－透水性土壤◎凝聚性土壤－黏土層及粉土層－低透水性土壤

§土壤的專有名詞1.土壓力1.1非凝聚性土壤之土壓力◎非凝聚性土壤，通稱為砂性土層，屬於透水性良好之土壤有效靜止土壓力有效主動土壓力有效被動土壓力

1.土壓力．地質條件越好．有效抗剪角及凝聚力越大．主動土壓力越小．被動土壓力越大．安全性越高．反之，危險性則越高．地質條件越好1.土壓力1.2凝聚性土壤之土壓力◎凝聚性土壤，通稱為黏土性質土層，粉土層也屬於凝聚性土壤靜止土壓力主動土壓力被動土壓力1.土壓力．地質條件越好．不排水剪力強度越大．主動土壓力越小．被動土壓力越大．安全性越高．反之，危險性則越高

．地質條件越好※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力圖3非均質砂土層開挖抽水之地下水滲流及水壓力分佈(摘自王劍虹，1991)圖3非均質砂土層開挖抽水之地下水滲流及水壓力分佈(摘自王劍圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖圖4分析常用之簡化地下水壓力分佈圖※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力

3.地面超加載重4.視土壓力

※擋土支撐的受力３．地面超加載重(1)車輛及施工機具：一般性交通車輛估計1.0tons/m2。施工機具估計2.0tons/m2。(2)施工材料堆置：按實際預定堆置量估計，施工時之堆置量不宜超過設計預估量之80%。(3)鄰房：每層樓(含地下室)以1.0至1.2tons/m2估計，筏基以1.5至2.0tons/m2估計，但可扣除地下室取代之相等體積土重。

３．地面超加載重圖5各種情況之地面超加載重計算公式

(改繪自徐振煌，深開挖工程設計)圖5各種情況之地面超加載重計算公式※擋土支撐的受力

1.土壓力

2.水壓力3.地面超加載重

4.視土壓力

※擋土支撐的受力圖6視土壓力分佈圖(Peck,1969)視土壓力：概估支撐受力專用之土壓力圖6視土壓力分佈圖(Peck,1969)視土壓力：概估支圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題圖7開挖工程可能引起之問題2.1擋土壁體之變形2.1擋土壁體之變形擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件控制擋土壁體變形的因素：(1)地質條件：土質條件越差，擋土壁體之變形越大，風險越高。(2)開挖深度：開挖深度越深，擋土壁體之變形越大，風險越高。(3)開挖範圍：開挖範圍越大，擋土壁體之變形越大，風險越高。(4)擋土壁體剛度：擋土壁體之剛度越大，擋土壁體之變形越小，風險越小。(5)支撐型式：支撐密度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。支撐勁度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。支撐施加預壓力，可減少擋土壁體之變形。(6)開挖未設置支撐之露空時間：露空時間越長，因基礎土層為塑性體，所以擋土壁體之位移及土層內擠將與日俱增，風險不斷擴大，所以開挖後支撐設置於最短時間內完成，實為最重要之任務。控制擋土壁體變形的因素：2.2開挖面以下擋土壁體之內擠圖9擋土壁體貫入深度不足所發生之危險狀態2.2開挖面以下擋土壁體之內擠圖9擋土壁體貫入深度不足所發圖10原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之擋土壁貫入深度檢核公式圖10原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之擋土壁貫入深度檢2.3開挖面以下土層之隆起

圖11開挖底面土層隆起所發生之危險狀態

2.3開挖面以下土層之隆起圖11開挖底面土層隆起所發生之圖12原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層隆起檢核公式

圖12原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層隆起2.4砂質土層之砂湧

圖13開挖底面土層砂湧所發生之危險狀態

2.4砂質土層之砂湧圖13開挖底面土層砂湧所發生之危險圖14原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層砂湧檢核公式

圖14原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之開挖底面土層砂湧2.5受壓水層之上舉

圖15受壓水層上舉所發生之危險狀態2.5受壓水層之上舉圖15受壓水層上舉所發生之危險狀態圖16原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之受壓水層上舉檢核公式

圖16原文摘錄「建築物基礎構造設計規範」之受壓水層上舉檢核2.6開挖工程引起之地盤沉陷(1)工地抽水(2)擋土壁側移及變形2.6開挖工程引起之地盤沉陷(1)工地抽水問題1：開挖抽水的影響範圍有多遠？

問題1：開挖抽水的影響範圍有多遠？圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別圖17透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別抽水影響半徑(1)Sichardt公式： (m)(2)Weber實驗式： (m)(3)Kozeny公式：(m)以上公式R為抽水影響半徑。

s為井內最大水位降低量(m)。

k為土層滲透係數(m/sec)。

H為井內、外最大水頭差(m)。

t為抽水時間(sec)。

C為隨時間而改變之係數，通常。

n為土壤有效孔隙率。

Q為抽水量(m3/sec)。抽水影響半徑表1土壤種類與抽水影響半徑(改寫自林耀煌，1987，高層建築基礎開挖施工法與設計實例)土

壤

種

類滲透係數抽水影響半徑區

分粒

徑

(mm)(m/sec)R(m)粗

礫＞10＞10-2＞1500礫2～1010-2500～1500粗

砂1～210-3～10-2400～500粗

砂0.5～1.010-3～10-2200～400中

砂0.25～0.5010-4～10-3100～200中

砂0.10～0.2510-5～10-450～100細

砂0.05～0.1010-6～10-510～50粉土質細砂0.025～0.0510-7～10-65～10粉土10-8～10-71～5黏土＜10-8＜1表1土壤種類與抽水影響半徑土壤種類滲透係數抽水圖18高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖圖18高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖問題2：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？如何估算？

問題2：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？地盤沉陷量(m)其中為因地下水位降低所增加的土壤有效應力，(t/m2)。地下水位每降低1.0m，增加1.0t/m2。為各壓縮土層之厚度，(m)。為各壓縮土層之彈性模數，(t/m2)。各種不同性質土壤之彈性模數的經驗值歸納如表2。地盤沉陷量(表2不同性質土壤的彈性模數(改寫自Bowles,J.E.,1988)土壤類別(t/m2)一般性砂土50(N＋15)飽和砂土25(N＋15)黏土質砂土32(N＋15)粉土質砂土30(N＋6)緊密或夯壓砂土1800＋75N礫石層含砂土120(N＋6)60(N＋15)，N≦1560(N＋15)＋200)，N＞15正常壓密之靈敏性黏土(250～500)正常壓密之低靈敏性黏土(750～1200)過壓密黏土層註：N為黏土之SPT-N值。

Su為黏土層不排水剪力強度，(t/m2)。

Es(NC)為正常壓密黏土之彈性模數。

OCR為黏土之過壓密比。表2不同性質土壤的彈性模數(改寫自Bowles,J.問題3：如何避免或減少砂土層開挖

抽水的沉陷？(1)儘量使用止水性擋土壁。(2)儘量使擋土壁貫入不透水層。(3)避免使用強制性降水，宜採用漸進式或集水坑降水。(4)儘可能減少開挖深度。問題3：如何避免或減少砂土層開挖

2.低透水性土層(不透水層)的祛水及沉陷粉土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/10，黏土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/100，粉土層及黏土層皆為低透水性土層(俗稱不透水層)，在低透水性土層進行開挖，因抽水井很難將地下水自土層中分離抽除，只能以集水坑讓地下水自然由土層中泌流匯集，再利用抽水泵，標準的集水坑如圖19。2.低透水性土層(不透水層)的祛水及沉陷圖19標準的開挖抽水集水坑圖19標準的開挖抽水集水坑壓密沉陷低透水性土層地下水位雖然不會立即因開挖抽水而下降，但會遲緩的慢慢下降，地下水壓力跟隨慢慢的降低，土壤的有效應力慢慢的增大，地面沉陷量緩緩的增大，這種作用稱為「壓密沉陷」，地下水位下降及水壓力消散的示意圖如圖20。壓密沉陷圖20低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖

圖20低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖

壓密沉陷會拖延多久？經過許多工地的監測，新建大樓完工後，壓密沉陷還在持續發生，以台北盆地的經驗，三年內完成的壓密度大約可達70%至80%，剩下的20%至30%何時終結，還需相當長的時間，數年或十餘年，尚無具體的答案。壓密沉陷會拖延多久？經過許多工地的監測開挖後壓密前的土體有效垂直應力為(t/m2)開挖後壓密完成的土體有效垂直應力為(t/m2)最後的總壓密沉陷量為(m)其中為壓密之再壓指數，為土壤孔隙率。開挖後壓密前的土體有效垂直應力為2.6.2擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷

2.6.2擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力→

應變(變形)開挖之力學行為：破壞平衡→

變形→土壓力擋土支撐之力學行為第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件第I區為砂土層及軟弱至堅硬程度之黏土層。第II區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層的深度有限。第III區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層相當厚。圖22開挖區附近沉陷量、開挖深度及影響距離關係圖(Peck,1969)

第I區為砂土層及軟弱至堅硬程度之黏土層。圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法

圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法

圖23各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法圖24沉陷量與主要影響區(PIZ)之關係圖(Ou&Hsieh法)圖24沉陷量與主要影響區(PIZ)之關係圖(Ou&H圖25